生命科學

根部吸收水分與礦物質的方式(Mineral)

根部吸收水分與礦物質的方式(Mineral)
台北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

植物可以利用光能自行製造有機物以供生存之用,但是製造有機物所需要的各種無機物原料,仍須由環境中獲得。有些氣體,如氧氣與二氧化碳等,可以經由葉或莖的表皮氣孔進出植物體,但其餘的水分與礦物質等,則須藉由根部從環境中取得。植物根部吸收水分與礦物質的過程,有被動的純物理現象,也有耗能的主動運輸;途徑則有經細胞壁的質體外運輸,與經細胞質的共質體運輸。

水分進入中柱的過程,純粹是被動的物理現象。一般而言,在土壤與植物根部細胞間的滲透壓梯度為:土壤<表皮<皮層<內皮層<周鞘<木質部,因此水分會順著滲透壓梯度,不斷的向根部運送。換句話說,若土壤中因為缺水,造成土壤的滲透壓加大時,水分便無法進入植物根部,植物便可能會因缺水而枯萎。

木質部內物質上升的原理

木質部內物質上升的原理 (Xylem)
臺北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

當水分進入植物根部中柱內的木質部後,便開始進行長程的運輸,這段運輸的過程可能長達數十公尺,例如在澳洲,曾記錄過有樹高超過130公尺的尤加利屬植物。

細胞週期的調控

細胞週期的調控 (Cell Cycle)
臺北市立建國高級中學生物科劉翠華老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

細胞週期(Cell cycle)是一連串有規律的步驟,使細胞成長,而後分裂為兩個子細胞。細胞週期可分為細胞生長期和有絲分裂期。細胞生長期(間期)可分成三個時期:(1)第一間期(Gap 1 (G1) phase):是細胞生長的時期,此時細胞代謝活化,複製所需胞器以及一些細胞質的組成,以供下一階段複製染色體使用;(2)合成期(Synthesis (S) phase):DNA進行複製的時期;(3)第二間期(Gap 2 (G2) phase):此時細胞已具有兩倍的遺傳物質,並為有絲分裂期做準備。接著進入分裂期(Mitosis (M) phase),進行核裂(染色體分離)和質裂(細胞質分裂)的階段。另外還有個G0 phase,為細胞離開細胞週期並且停止分裂的時期。

細胞週期所需要的時間,依細胞的種類和環境而有所差異,可由數分鐘到數年不等,一般培養中的哺乳類動物細胞的細胞週期約為12-24小時。有些細胞可以持續進行分裂,如植物分生組織及人的皮膚細胞等;有些細胞一但分化成熟,便不再進行分裂,處於G0 phase,例如神經細胞;當環境改變時,有些細胞會重新生長進入G1 phase,恢復分裂的能力。

其他
共軛焦顯微鏡的使用原理

共軛焦顯微鏡的使用原理

共軛焦顯微鏡 (Confocal Microscope)的使用原理
國立臺灣師範大學生命科學系葉柏安博士生

由於傳統的螢光顯微鏡,焦距面較廣,景深較深,造成有些分子觀察起來會有模糊的現象。為了克服這個問題,顯微鏡在擷取影像的裝置前,發展出Pinhole(針孔)來過濾非焦距面的影像,產生相當淺景深且清晰的影像。這便是共軛交顯微鏡的基本原理(圖一)。這些針孔越小,影像的解析度越高,但需要較長時間的掃瞄,不利於觀察動態的活細胞。這一點,跟我們一般在用的照相機很像。後來有些廠家,發展出長條形的針孔,透光量較大,可以用來觀察動態的細胞,但影像品質較差。然而,共軛焦顯微鏡的光源,也是百家爭鳴,有些仍沿用傳統螢光顯微鏡的汞燈光源,有些則開發出單色光波雷色光源。不論如何,影像畫質會比傳統螢光顯微鏡還好(圖二)。

美國第一種核准上巿的人造油脂

美國第一種核准上巿的人造油脂 (Olestra)
高雄市高雄女子高級中學生物科蔡佩珊實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

一、前言 :

Olestra是一種合成的食用油脂,用Olestra製備的食物,無論是煎、炒、煮、炸或是做生菜沙拉,其色、香、味幾乎與傳統油脂製備的食物一模一樣,惟一不一樣之處則是此種油脂在攝食之後,不會被人體的消化道所吸收,因此就人體的吸收角度而言,Olestra可視作是”無脂的油脂(fat-free fat)”。因此以Olestra烹調的食物與傳統油脂烹調食物之間的最大差異就在,前者沒有油脂而來的熱量,所以可將此種食物視作低脂餐食”low-fat diet”。

植物抵抗低溫的生理機制—抗凍機制 (Adaptation to Freezing)

植物抵抗低溫的生理機制—抗凍機制 (Adaptation to Freezing)
國立台中第二高級中學龔雍任實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

1.木本植物抗凍機制:超冷現象(supercooling)以及冷馴化

超冷現象(supercooling)的發生是因為組織中的水缺乏缺乏具核(nuleation)的物質使冰晶形成,若以純水做實驗,純水中缺乏核,因此可以降溫到-38℃還不會發生凝固的現象,而在一般的木質化組織中,超冷現象可低至-15℃。有些組織,例如裸子植物的幼芽,會進行深度超冷現象(deep supercool),可到-40℃還不凝固,目前已被記錄的最低溫是-47℃在木質部中。雖然不是所有植物都具有此機制,但是在許多溫帶植物的莖以及木本植物在越冬時都可有超冷現象。深度超冷現象是一套有效率的抗凍機制,但還是有其適用的範圍,若溫度低於-40~-50℃,細胞內還是會凝固,造成細胞的壞死;例如美國以及加拿大東部每年會有一次-40℃的寒冷,常會造成植物中木質部射髓薄壁細胞的死亡,而會受到微生物感染,造成樹木的死亡。

植物抵抗低溫的生理機制—冷馴化(Cold Acclimation)

植物抵抗低溫的生理機制—冷馴化(Cold Acclimation)
國立台中第二高級中學龔雍任實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

植物生長受到自然環境之影響甚大,各種影響因子中,溫度對於植物生長與分佈扮演相當重要的角色,;一般氣溫於零度以下時,植物之生長活動性均減退。低溫的環境可能造成細胞代謝的減緩,影響生長,更甚者若氣溫在零下的環境,還會造成細胞內水分凝固,造成細胞死亡。不過經過長久演化後,植物已經衍生出許多抗寒的機制。

植物對低溫之適應抗力主要依賴細胞原生質,其能避免低溫引起的凍害,且發生強化(hardening)現象,此為溫帶地區之二年生及多年生植物所具有特性之一,且是一種馴化的過程。可以利用人為的操作造成強化,作法是先將植物置於低溫冷凍或乾旱(drought)狀態數小時便可獲得,例如甘藍及紫花苜蓿。由氣候因子造成的強化除了低溫以外,尚有短光期亦能促成,其中可能有光敏素的參與。強化現象發生期間,細胞的原生質黏度降低,可溶性蛋白質以及糖類含量增高,兩者均會導致組織的冰點下降;而強化的程度,因不同種類植物對於環境適應性而迴異。

美國第一種核准上巿的人造油脂(Olestrax)

美國第一種核准上巿的人造油脂(Olestrax)
高雄市高雄女子高級中學生物科蔡佩珊實習老師/臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

一、前言
Olestra是一種合成的食用油脂,用Olestra製備的食物,無論是煎、炒、煮、炸或是做生菜沙拉,其色、香、味幾乎與傳統油脂製備的食物一模一樣,惟一不一樣之處則是此種油脂在攝食之後,不會被人體的消化道所吸收,因此就人體的吸收角度而言,Olestra可視作是”無脂的油脂(fat-free fat)”。因此以Olestra烹調的食物與傳統油脂烹調食物之間的最大差異就在,前者沒有油脂而來的熱量,所以可將此種食物視作低脂餐食”low-fat diet”。

二、Olestra的結構
Olestra是一個蔗糖分子(sucrose)連接八個分子的脂肪酸,這種合成的新化合物就稱為蔗糖聚酯(sucrose polyester)。
酯類在人體小腸中否被分解,主要取決於酵素(脂肪酶,lipase)是否可進入酯類的分子結構中,以三甘油酯為例,lipase可輕易進入其結構中並將之分解成脂肪酸及甘油(醇),這些分解後的成分經由小腸的微血管吸收進入人體。但是蔗糖聚酯在進入小腸之後,由於聚酯結構較三甘油酯為緊密,因此小腸中的lipase並無法進入聚酯結構中進行切割,因此蔗糖聚酯在未被小腸吸收的狀態下經由腸道排出體外,因為聚酯沒有被吸收,自然不會產生任何熱量。

正夯的基因轉殖技術-胰島素(Insulin)的生產

正夯的基因轉殖技術-胰島素(Insulin)的生產
國立台中第二高級中學生物科何宸岳實習老師/臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

過去,人類為了得到5毫克的生長因子,必須從五十萬頭羊的大腦萃取才能獲得。現在,人類透過生物技術中的基因轉殖技術,便可得到大量且便宜的藥物。何謂基因轉殖技術?所謂基因轉殖技術是將外來DNA移殖至動、植物或微生物等生物細胞,使細胞組織表現外來基因特性,進而產生外來基因表現的蛋白質。1982年,胰島素是第一個獲得美國食品藥物管理局(FDA)核准上市的基因工程藥物,Genentech公司將人類的胰島素基因送入大腸桿菌細胞內,藉由大腸桿菌來大量生產第一型糖尿病患所需的胰島素。

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